УДК 661.665:546.2

Скачков В.О., Іващенко А.Л., Іванов В.І.,

Печеннікова В.М., Моісейко Ю.В., Болюк С.В.

ДО ПИТАННЯ ПРО ОДЕРЖАННЯ ГІДРИДІВ БОРУ

Запорізька державна інженерна академія

Гідриди бору застосовують як початкову сировину для одержаання різних борорганічних сполук, палива для реактивних двигунів, а також борних покриттів. Головним чинником, що обмежує застосування гідридів бору (окрім високої токсичності), є складність одержання та очищення від домішок.

Відомо, що діборан В₂Н₆ є початковим продуктом для одержання інших гідридів бору. Велику кількість різних методів його одержання можна розділити на наступні групи: відновлення сполук бору воднем, відновлення галогенідів і деяких інших сполук бору простими та комплексними гідридами, розкладання боргідридів металів і інших похідних бороводнів.

Загальним недоліком відомих методів одержання диборану є необхідність очищення від побічних продуктів або вживаних розчинників. Цього можна уникнути тільки під час реалізації взаємодії бору безпосередньо з воднем.

У роботі вивчали можливість одержання гідридів бору шляхом взаємодії бору з воднем за температури більше ніж 2000 К, а також вплив температури та тиску в рівноважній системі «бор-водень» на протікання даного процесу.

Під час виконання термодинамічного аналізу реакції взаємодії бору з воднем в реакторах проточного типа приймали, що бор реагує не з молекулярним воднем, а з активнішим атомарним.

Точний механізм взаємодії бору з воднем є невідомим, але можна припустити наступну схему утворення гідридів бору:

; (1)

; (2)

; (3)

. (4)

Слід зазначити, що досліджуваний процес за температури менше ніж 2313 К лімітуватиме утворення зародків гідридів на поверхні кристалів бору, а в інтервалі температури 2800...2313 К - утворення зародків гідридів на поверхні рідкого бору. Можливість утворення гідриду бору визначатиметься рівнянням

; (5)

.

За температури більше ніж 2800 К процес стає гетерогенним. У зв'язку з цим вірогіднішим буде протікання наступних реакцій:

; (6)

;

; (7)

.

Константи рівноваги, , і обчислювали з використанням даних роботи [1].

Рис.1. Залежність (1) і (2) Рис.2. Залежність

від температури від температури

На рис.1 і 2 подано залежності констант рівноваги реакцій (5)-(7) від температури. Як видно, помітна взаємодія бору з воднем спостерігається після розплавлення бору. Так, за температури 3000 К найбільш імовірним буде утворення ВН₂, за температури менше ніж 2600 К - утворення ВН₃, за температури 3000 ± 200 К - ВН₂ та за вищої температури - ВН. Отже, з підвищенням температури процесу можливість утворення гідридів бору зростає, сягаючи максимального значення при 3000 К, але одночасно знижується вміст водню в гідридах, що пов'язано з переважанням зворотних реакцій.

Підвищення тиску водню в системі «бор-водень» повинно супроводжуватися зміщенням рівноваги проходження реакцій управо. Проте на практиці [1], коли тиск в даній системі підвищують більше ніж 1×10⁵ Па, вихід гідридів стрибкоподібно знижується з-за неможливості реалізації достатньої швидкості охолоджування реакційних газів (10^-7…10^-6 К/с), а також технічних складнощів, пов'язаних із створенням і підтримкою вказаної температури. Коли тиск водню в системі «бор-водень» понижують, то вихід гідридів бору повинен зростати, але продуктивність процесу за часом буде знижуватися. Отже, оптимальний тиск процесу визначається конструкцією реактора та системи охолоджування продуктів реакцій.

ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ:

1. Сурис А.Л. Термодинамика высокотемпературных процессов. - М.: Металлургия, 1985. - 565 с.